Tillförsel av aska i tallskog på dikad torvmark i södra Sverige effekter på skogsproduktion, avgång av växthusgaser och vattenkemi

MILJÖRIKTIG ANVÄNDNING AV AKOR 974 Tillförsel av aska i tallskog på dikad torvmark i södra verige effekter på skogsproduktion, avgång av växthusgaser och vattenkemi Ulf ikström, Maria Ernfors, taffan Jacobson, Leif Klemedtsson, Mats Nilsson och Eva Ring

Tillförsel av aska i tallskog på dikad torvmark i södra verige Effekter på skogsproduktion, avgång av växthusgaser och vattenkemi Addition of ash on drained forested peatlands in southern weden Effects on forest production, fluxes of greenhouse gases and water chemistry Ulf ikström, Maria Ernfors, taffan Jacobson, Leif Klemedtsson, Mats Nilsson och Eva Ring Q4-227/281 Tillförsel av aska på dikad torvmark skogsproduktion och miljöeffekter VÄRMEFORK ervice AB 11 53 TOCKHOLM Tel 8-677 25 8 April 26 IN 1653-1248

VÄRMEFORK Förord De här redovisade studierna har genomförts som ett projekt inom Värmeforsks program Miljövänlig användning av askor. tudierna har pågått under åren 23 25. Projektet belyser den del av programmet som behandlar återföring av aska till skogsmark, mer specifikt tillförsel av aska på dikad och beskogad torvmark. Projektet har varit ett samarbetsprojekt mellan forskare från kogforsk (F), Göteborgs universitet (GU) och veriges Lantbruksuniversitet i Umeå (LU). Ulf ikström (F) har varit projektledare och tillsammans med taffan Jacobson (F) ansvarat för försöksanläggning samt studier av skogsproduktion och barr. Eva Ring (F) har varit ansvarig för studierna av vattenkemi (grundvatten och avrinnande vatten). Leif Klemedtsson (GU) och Mats Nilsson (LU) har ansvarat för studierna av växthusgaser och tillsammans med Maria Ernfors (GU) genomfört arbetet. I ansvaret har ingått installation av mätutrustning i fält, dimensionering och genomförande av provtagning och datainsamling samt bearbetning, analys och redovisning av data. Författarna är angivna i bokstavsordning, förutom Ulf ikström, som har haft huvudansvaret för projektet och utformningen av rapporten. En rådgivande referensgrupp har varit knuten till projektet, bestående av Anna Lundborg, Energimyndigheten, Hans amuelsson, kogsstyrelsen och Tord Magnusson, LU (ersättare för Göran Bergqvist, som då arbetade för Holmen kog, som i sin tur ersatte Ola Kårén, Holmen kog, i ett tidigare skede av projektet). Dessutom har Claes Ribbing (programansvarig för Askprogrammet ) deltagit i referensgruppsmötena. Vi vill framföra ett tack till dessa personer för deras synpunkter och diskussioner. Vi vill även tacka våra fältprovtagare, huvudansvarige Krister Bergman och Jonas Persson, som på ett engagerat och förtroendeingivande sätt samlat in prover på både gas och vatten samt utfört vissa försöksinstallationer. lutligen också ett stort tack till Hagos Lundström (F) som på ett förtjänstfullt sätt ansvarat för merparten av fältarbete vid försöksanläggningarna. Värmeforsks Askprogram har stått för i stort sett hela finansieringen. Men även markvärden veaskog, liksom flera kogsvårdsstyrelser och privata markägare i Götaland har bidragit med egen arbetstid genom att ge förslag på och rekognosera försöksmark. Askungen Vital AB stod för spridningen av askan i det behandlade avrinningsområdet i försök 274 Bredaryd och venska Energiaskor finansierade de kemiska analyserna av de barr som provtogs i parcellförsöket 273 Anderstorp. Uppsala i mars 26 Ulf ikström i

VÄRMEFORK ii

VÄRMEFORK Abstract Effects of wood ash addition in drained, oligotrophic peatland forests were studied in two field experiments located in southern weden. During the first two and a half years after the addition of crushed ash (3.3 and 6.6 tonnes DM ha -1 ) neither the accumulation of biomass in the forest stand nor the annual emission of greenhouse gases (CO 2, CH 4 and N 2 ) were statistically significantly affected by the treatments. However, there was a tendency of an elevated CH 4 emission, although from a low control level. In the run off from the main ditch, several elemental concentrations were elevated within the first year after treatment with 3.1 tonnes DM crushed ash ha -1 (e.g. B, Ca, K, Li, Mn and Zn) and a few (e.g. V) was reduced. imilar effects were detected in ground water as in run off. i

VÄRMEFORK ii

VÄRMEFORK ammanfattning I verige produceras cirka 1 miljon ton aska årligen, varav omkring en tredjedel (25 3 ton) bedömts härröra från skogsbränslen, exv. grenar och toppar (GROT) från skogsavverkning och spill från massa-, pappers- och träindustri. En del av denna aska läggs idag på deponi. En möjlig användning är att återföra askorna till skogsmark. I bioaska finns flertalet för växter nödvändiga näringsämnen, dock inte kväve, vilket avgår i gasform vid förbränningen. På merparten fastmark (minerogena jordar) i verige är kväve det tillväxtbegränsande näringsämnet. På torvmark (organogena jordar) ökar i regel trädtillväxten efter tillförsel av fosfor ock kalium, exempelvis i form av aska. Det finns alltså en potential att öka skogsproduktionen på torvmark genom att tillföra aska. Askgödsling kan vara en lönsam investering. Kompensation av bortförd näring i samband med avverkning är en annan form av asktillförsel. Det är en åtgärd som är angelägen på många torvmarker vid uttag av GROT för att förebygga näringsbrist och minskad skogsproduktion. Bättre kunskaper om övriga miljöeffekter är dock nödvändig för att möjliggöra en storskalig tillämpning av asktillförsel på dikad torvmark. Projektets övergripande syfte är att studera skogsproduktion och miljöeffekter efter tillförsel av aska från biobränslen på dränerad och beskogad torvmark. tudierna avser effekter på trädens tillväxt, avgång av växthusgaser och vattenkemi (grundvatten och avrinnande vatten). En viktig fråga är om en förväntad ökad fixering av kol (CO 2 ) genom ökad skogsproduktion kan kompensera för en trolig ökad emission av växthusgaser i form av kol koldioxid (CO 2 ) och metan (CH 4 ) från nedbrytning av torv. Även den mycket effektiva växthusgasen lustgas (N 2 O) måste beaktas. Två fältförsök anlades i V måland år 23 där aska från biobränslen tillfördes på dikad torvmark. Det ena försöket är ett parcellförsök (273 Anderstorp) där effekter på skogsproduktion och växthusgaser (CO 2, CH 4, N 2 O) studerades. Cirka 1 km från parcellförsöket etablerades ett avrinningsområdesförsök (274 Bredaryd) där vi mätte flöden av växthusgaser och vattenkemi (grundvatten och avrinnande vatten). Vid försöksanläggningen dominerades de båda försöksområdena av tall (Pinus sylvestris L.). Alla områden gallrades och nydikades i slutet av 198-talet. De fem behandlingarna i parcellförsöket (273 Anderstorp) var förutom en obehandlad kontroll, en låg dos (3,3 ton t.s. ha -1 ) och en hög dos (6,6 ton t.s. ha -1 ) med krossaska respektive en granulerad 1 aska från biobränslen. I avrinningsområdesstudien (274 Bredaryd) tillfördes 3,1 ton t.s. krossaska ha -1. Två år efter asktillförseln i parcellförsöket (273 Anderstorp) kunde ingen tillväxtförändring påvisas, vilket inte var att förvänta med tanke på den korta effektperioden. Det fanns statistiskt påvisbara ökningar av halterna av kalium och bor i tallbarren efter tillförsel av krossaska jämfört med obehandlad kontroll. För kaliumhalten fanns även en effekt av askgivans storlek. 1 Granuleringen var inte lyckad. e vidare avsnitt 2.1.2.1. iii

VÄRMEFORK Tillförseln av krossaska ledde inte till statistiskt signifikanta skillnader i årlig avgång av växthusgasen metan i parcellförsöket. Dock var avgivningen andra året efter asktillförsel ca 6 % högre (ej signifikant) jämfört med kontrollen. Metanavgången från kontrollytorna var liten (ca 3 och 6 kg CH 4 ha -1 år -1 ). Avgången av koldioxid (ca 8 och 12 kg CO 2 ha -1 år -1 ) skiljde sig inte från kontrollen och halten lustgas i försöket var i regel under detektionsnivån. Om den förhöjda metanavgången från marken p.g.a. asktillförseln betraktas som en faktisk ökning skulle det, sett i termer av koldioxid-ekvivalenter, krävas ca två procents ökad ackumulation av biomassa för att ur växthusgassynpunkt kompensera ökningen av metan. I det avrinnande vattnet (274 Bredaryd) ökade den elektriska konduktiviteten (κ) samt halterna av B, Br, Ca, Cd, Co, K, Cl, Li, Mg, Mn, Na, P, PO 4 -P,, O 4 - och Zn. För de flesta ämnena kom ökningen i direkt anslutning till behandlingen (3,1 ton t.s. krossaska ha -1 ) och varaktigheten varierade från några månader till att omfatta hela mätperioden (ca 1 år). Halterna av Pb och V var lägre än förväntat i ca sex respektive nio månader. Därefter tenderade halten Pb att öka. En minskning noterades även för TOC-halten som var lägre än förväntat i ca åtta månader. ph-värdet var lägre än förväntat i tre månader efter asktillförseln. Effekterna på grundvattenkemin (274 Bredaryd) överensstämde med de effekter som noterades för motsvarande ämnen i avrinnande vatten i dikena. Två månader efter behandling var halterna av B, Ca, Cd, Co, K, Cl -, Li, Mn, Na, P, och O 4 2 - högre i grundvattnet i avrinningsområdet där aska tillfördes än i det obehandlade området. killnaden var för vissa ämnen påvisbar ända ner till 9 1 cm djup. Halten As och TOC i grundvattnet på 3 4 cm djup tenderade att vara lägre i det askade området. Ovanstående resultat visar de initiala effekterna (1 2,5 år) efter asktillförsel på några dikad och relativt lågproduktiva torvmarker med tallskog i södra verige. Med tanke på att asktillförsel kan ge långvariga effekter på skogsekosystemet är det nödvändigt med en fortsatt långsiktig uppföljning av försöken för att bekräfta de kortsiktiga effekterna, för att följa utvecklingen av mer långsiktiga effekter och för att påvisa effekter som kan uppkomma på länge sikt, exempelvis till följd av ändrad omsättning i torven. Denna långsiktiga uppföljning är nödvändig för att mer fullständigt kunna utvärdera både nyttan och ej önskade miljöeffekter av åtgärden. Nyckelord: Aska, skogsproduktion, torvmark, vattenkemi, växthusgaser. iv

VÄRMEFORK ummary In weden, about one million tones of wood ashes are produced annually, of which about 25 3 tones originate from biofuels, e.g. forest residues. ome of the ashes produced are deposited today. One alternative use is bringing back the ashes to the forest, recycling the mineral nutrients and base compounds. In bioashes, most essential mineral nutrients for plants are included, except for N, which is gasified at combustion. On most mineral soils in weden, plant available nitrogen is the nutrient limiting tree growth. On organic soils, tree growth is usually increased after addition of phosphorous and potassium. Thus, there is a potential for increased forest production on peatlands after ash fertilization. This can be a profitable measure. Nutrient compensation after harvesting involve ash addition with quite low doses. This is especially important in peatlands after whole-tree harvesting in order to prevent nutrient deficiency and reduced tree growth. However, there is a need for better knowledge concerning other environmental effects before ash addition can be put into large-scale practice. The general objective of this project is to study the effects of wood-ash addition on forest production and some other environmental variables on drained, forested peatlands. The studies concern tree growth, emissions of greenhouse gases and water chemistry (ground water and run off). An important issue addressed was if an expected increased accumulation of carbon (CO 2 ) due to increased tree growth can compensate for an expected increased emission of greenhouse gases (e.g. CO 2 and CH 4 ) from the peat. In addition, the very effective greenhouse gas laughing gas (N 2 O), must be taken into consideration. In 23, two field experiments were established in the county of måland in southwest weden, where wood ashes from biofuels were applied. One experiment was designed as a randomized block experiment (273 Anderstorp) where effects on forest production and greenhouse gases (CO 2, CH 4, N 2 O) were studied. The other experiment (274 Bredaryd), 1 km away, was established in two drainage areas where emissions of greenhouse gases and water chemistry (ground water and run off) were studied. At the establishment of the experiments, the forests were dominated by cots pine (Pinus sylvestris L.). In the end of the 198 s, the forest stands had been thinned and the soils drained at both experimental sites. Experiment 273 Anderstorp included five treatments: an untreated control, and, one low dose (3.3 tonnes DM ha -1 ) and one high dose (6.6 tonnes DM ha -1 ) of crushed ash and granulated wood ash, respectively. It should be noted that the granulated product was of a poor standard. In experiment 274 Bredaryd 3.1 tonnes DM ha -1 of crushed ash was applied. Two years after treatment in 273 Anderstorp no effects of the treatments on tree growth was detected, which could be expected considering the short effect period. There was a statistically significant effect of the addition of crushed ash on concentrations of potassium and boron in the cots pine needles. For potassium there was an effect of the dose. v

VÄRMEFORK The addition of wood ash did not change the CO 2 -flux from the soil during the first 2.5 years of study. The annual emissions from the control plots were approximately 8 kg CO 2 ha -2 during 24 and 12 kg CO 2 ha -2 during 25. No significant effect of the treatments on the annual CH 4 -flux was detected by analysis of variance, but there was a tendency for increased CH 4 -emissions at the treated plots during late summer and autumn. The annual emissions on the control plots were approximately 3 kg CH 4 m -2 during 24 and 6 kg CH 4 ha -2 during 25. N 2 O-flux was only occasionally detected. In 25, the mean CH 4 emission of the ash fertilized plots was 6% higher (non significant) than the mean of the control plots. This corresponds to an increased emission of 9 kg CO 2 ha -1 yr -1 to the atmosphere. To compensate for such an emission, accumulation of tree biomass needs to increase by approximately 2%. In run off, sampled in the main ditches, the electric conductivity (κ) increased after addition of 3.1 tonnes of crushed ash, as well as the concentrations of B, Br, Ca, Cd, Co, K, Cl, Li, Mg, Mn, Na, P, PO 4 -P,, O 4 - och Zn. For most elements, the increase appeared immediately after the ash application, and lasted from a few months to the whole observation period (c. one year). The concentrations of Pb and V was lower than expected during six and nine months, respectively. Thereafter, the Pb-concentration tended to be higher than the control. The concentration of TOC was reduced during eight months, and ph was reduced during three months after the ash addition. The effects on ground water chemistry corresponded to the effects on chemistry in run off. Two months after treatment, the concentrations of B, Ca, Cd, Co, K, Cl -, Li, Mn, Na, P, och O 4 2 - were elevated in the groundwater in the ash treated area. For some of the elements this was evident down to 9 1 cm depth. The concentrations of As and TOC at 3 4 cm tended to be lower in the area treated with ash. The results from this study demonstrate the initial effects (1 2.5 years) of wood ash addition in some drained, oligotrophic peatland forests in southern weden. Ash addition may affect the turn over of the peat, and potentially affect other ecosystem properties, for several decades. Hence, in order to confirm the duration of the shown short-term effects, to establish the duration of not yet ceased effects, and, establish effects that might show up in a long-term perspective, continuous follow up of the established experiments is important. This long-term monitoring is also a prerequisite of a more complete evaluation of the benefits and possible detrimental effects on the environment of wood ash addition. Key words: Ash, forest production, greenhouse gases, peatlands, water chemistry. vi

VÄRMEFORK Innehållsförteckning 1 INLEDNING... 1 1.1 BAKGRUND... 1 1.2 MOTIV OCH YFTE... 2 2 MATERIAL OCH METODER... 4 2.1 BEKRIVNING AV FÖRÖKOMRÅDENA... 4 2.1.1 Temperatur och nederbörd... 4 2.1.2 Försök 273 Anderstorp... 4 2.1.3 Försök 274 Bredaryd... 7 2.2 KOGBETÅND OCH FÖRÄNDRING AV BIOMAA... 9 2.2.1 Tillväxt och biomassa... 9 2.2.2 Barrkemi och barrvikt... 1 2.2.3 Databearbetning och analys... 1 2.3 GAFLÖDEN... 1 2.4 VATTENKEMI... 11 2.4.1 Avrinnande vatten... 12 2.4.2 Grundvatten... 13 2.4.3 Databearbetning och analys... 13 3 REULTAT... 15 3.1 HYDROLOGI... 15 3.2 BETÅNDDATA... 18 3.2.1 Tillväxt och biomassa... 18 3.2.2 Barrkemi och barrvikt... 19 3.3 GAFLÖDEN... 19 3.3.1 Koldioxid... 19 3.3.2 Metan... 19 3.4 VATTENKEMI... 25 3.4.1 Avrinnande vatten - huvuddiken... 25 3.4.2 Grundvatten... 31 4 DIKUION... 33 4.1 GAFLÖDEN OCH ACKUMULATION AV BIOMAA... 33 4.2 VATTENKEMI... 34 4.3 FORTATT UPPFÖLJNING... 36 5 LITTERATURREFERENER... 37 Bilagor A HALTER I GRUNDVATTENPROV FRÅN FÖRÖK 274 BREDARYD vii

VÄRMEFORK 1 Inledning 1.1 Bakgrund I verige produceras cirka 1 miljon ton aska årligen, varav omkring en tredjedel (25 3 ton) bedömts härröra från biobränslen, i huvudsak skogsbränsle [3]. Med skogsbränsle avses i detta fall främst avverkningsrester, exv. grenar och toppar (GROT) från skogsavverkning samt spill från massa-, pappers- och träindustri. Biobränslen utgör redan nu en viktig del av den svenska energiförsörjningen. Prognosen är att betydelsen kommer att öka framgent, vilket medför ökad produktion av aska. En del av den aska som idag produceras i verige läggs på deponi, vilket medför kostnader för askproducenterna. Deponeringen har dock minskat under senare år och ett alternativ är att återföra askorna till skogsmark. yftet är att den mineralnäring och de basiska ämnen som blir kvar i askan ska återföras och ingå i ett kretslopp. I askan finns flertalet för växter nödvändiga näringsämnen, dock inte kväve (N), vilket avgår som gas vid förbränningen. körd från skogen för energiändamål innebär med dagens tillämpning (merparten av träd ovan mark) ett större uttag av biomassa, och inte minst av mineralnäringsämnen, jämfört med konventionell skörd av enbart trädstammar. Det finns farhågor om att denna mer intensiva skörd är ett hot mot skogsmarkens långsiktiga produktionsförmåga (exv. [32], [33]) och att återföring av näring därför är nödvändig för att upprätthålla produktionsförmågan på sikt. I en miljökonsekvensbeskrivning av bl.a. skogsbränsleuttag och asktillförsel framhålls att GROT-uttag inte bör förvärra skogsmarkens och skogsvattnets surhet och näringstillstånd [5]. kogsstyrelsens rekommendation är att aska bör återföras efter biobränsleuttag [31]. I riskbedömningen om uthållig skogsproduktion och behov av kompensationsåtgärder, finns det skäl att skilja på olika typer av skogsmark, nämligen fastmark (minerogena jordar) och torvmark (organogena jordar). För svenska förhållanden är N det tillväxtbegränsande ämnet på merparten fastmark (exv. [34], [25]). Minskad tillgång på växttillgängligt N [11] är också den mest sannolika förklaringen till uppmätt minskad tillväxt efter GROT-uttag i fältförsök på denna marktyp [13]. Även påverkan på trädtillväxten efter tillförsel av aska på fastmark tycks vara en indirekt förändrad tillgång på växttillgängligt N [23], [24], [12]. I torvmark är mängderna av extraherbart fosfor (P) och kalium (K) små [4]. En stor andel av vissa näringsämnen (exv. P och K) finns i trädskiktet i dessa skogsekosystem. Detta innebär att behovet av kompensation är extra stort vid uttag av GROT på torvmark p.g.a. risken för näringsstörningar och minskad skogsproduktion (se exv. [5]). Detta betonas också för skog på torvmark i kogsstyrelsens rekommendationer [31]. Ett flertal studier har visat att trädtillväxten som regel ökar efter tillförsel av P ock K på torvmark, både i form av handelsgödselmedel [2], [19] och i form av aska [17], [15], [29], [8], [2]. Några förutsättningar är att torvmarken är tillfredsställande dränerad och att tillgången på växttillgängligt N är tillräcklig [29], [19]. 1

VÄRMEFORK Förutom att nyttja aska som kompensation för uttagen näring, finns det även en potential att öka skogsproduktionen på torvmark genom att tillföra högre givor (askgödsling) än vid näringskompensation. Tillväxten kan öka med en faktor tio efter asktillförsel och tillväxtökningen är vanligtvis mer uthållig jämfört med PKhandelsgödselmedel [3]. En mertillväxt av aska på ca 1 m 3 under en period på 3 4 år är inte ovanlig [3]. Baserat på finska försöksresultat har internräntan för investeringen i askgödsling på torvmark beräknats till mellan 4 % och 9 % över en period på 44 56 år [14]. I verige finns det ca,8 miljoner ha dikad torvmark, vilka skulle vara möjliga att askgödsla [8]. Av dessa är ca 56 ha torvmark med produktiv skog (torvdjup > 3 dm; årlig tillväxt > 1 m 3 sk per ha), varav knappt 2 ha har bedömts som de mest lämpade för att erhålla god tillväxtökning och ge möjlighet till ökad avverkning inom några decennier [8]. En uppskattning av årlig möjlig avsättning av aska för askgödsling ligger i storleksordningen 4 ton. Det bygger på antaganden om tillförsel av 5 ton aska per ha vart 25:e år på 2 ha och en omloppstid för skogsbestånden på 1 år. Givan 5 ton per ha motsvarar en vanligt rekommenderad fosforgiva på ca 5 kg P [22] och ca 15 kg K per ha, eftersom vanliga halter av P och K i biobränsleaskor är omkring 1 % respektive 3 % [7], [6], [9]. En fördubbling av givan och/eller arealen skulle ge en avsättning i intervallet 8 16 ton aska per år. Bättre kunskaper om övriga miljöeffekter är dock nödvändig för att möjliggöra en storskalig tillämpning av asktillförsel på dikad torvmark. Det konstateras i en litteraturstudie [17], liksom i en miljökonsekvensbeskrivning (MKB) av skogsbränseuttag, asktillförsel och övrig näringstillförsel [5]. En slutsats i MKB:n var att utökade miljöstudier är ett måste om åtgärden ska tillämpas i stor skala. Några exempel på frågor är omsättning av N och P i torven och långsiktiga effekter av tungmetaller samt omsättning av växthusgaser och effekter på avrinnande vatten (exv. löst organiskt kol och nitrat). Behovet av kunskap gäller för asktillförsel både med låga givor (kompensation) och med relativt höga givor (askgödsling). En förutsättning för att tillförsel av aska på torvmark ska kunna tillämpas i stor skala är att verksamheten inte ger oacceptabla effekter på miljön. Därför är det nödvändigt att ta fram nya data för att kunna göra en sådan bedömning. För att bättre belysa frågan har kogforsk, i samarbete med forskare vid Göteborgs universitet och veriges Lantbruksuniversitet, anlagt två fältförsök där aska från biobränslen har tillförts på dikad torvmark. 1.2 Motiv och syfte Motivet för projektet är att det finns en potential att öka skogsproduktionen på dikade torvmarker efter tillförsel av aska. Ett annat motiv är att uttag av skogsbränsle (GROT) sannolikt kräver näringskompensation, exv. i form av aska, för uthållig skogsproduktion på merparten torvmark. Ett hinder för dessa åtgärder är att övriga miljöeffekter är lite eller inte alls studerade. 2

VÄRMEFORK Projektets övergripande syfte är att studera skogsproduktion och miljöeffekter efter tillförsel av aska från biobränslen på dränerad och beskogad torvmark. tudierna avser effekter på trädens tillväxt, avgång av växthusgaser och vattenkemi (i grundvatten och avrinnande vatten). En viktig fråga är om en förväntad ökad fixering av kol (CO 2 ) genom ökad skogsproduktion kan kompensera för en trolig ökad emission av växthusgaser i form av kol koldioxid (CO 2 ) och metan (CH 4 ) från nedbrytning av torv. Även den mycket effektiva växthusgasen lustgas (N 2 O) måste beaktas. Det gäller speciellt näringsrik torvmark (låg C/N-kvot, < 25) där N 2 O-avgången vanligtvis är hög [1] och där små förändringar kan ge stor påverkan på växthuseffekten. En annan viktig fråga är effekter på halterna av tungmetaller och näringsämnen i grundvatten och avrinnande vatten. 3

VÄRMEFORK 2 Material och metoder 2.1 Beskrivning av försöksområdena Inom projektet anlades två fältförsök i måland under hösten 23. Ett parcellförsök (273 Anderstorp) etablerades där vi studerade effekter på skogsproduktion och växthusgaser (CO 2, CH 4, N 2 O). Cirka 1 km från parcellförsöket etablerade vi ett avrinningsområdesförsök (274 Bredaryd) där vi mätte flöden av växthusgaser och vattenkemi (grundvatten och avrinnande vatten). 2.1.1 Temperatur och nederbörd Månadsmedeltemperaturen i området där försöken ligger är -2,7 ºC i januari och 15,5 ºC i juli enligt MHIs station 739 tora egerstad [1]. Årsmedeltemperaturen är 6,2 ºC och årliga medelnederbörden 864 mm. tationen ligger ca 1 km från de båda försöksområdena. Nederbörden uppmättes dagligen med en MHI-kanna placerad 1,5 m över marken på en plats belägen ca 9 km från försök 273 Anderstorp och ca 5 km från försök 274 Bredaryd. 2.1.2 Försök 273 Anderstorp Försök 273 Andertorp är beläget ca 5 km O Gislaved (57º15'N, 13º35'O) 15 m ö h. Vid försöksanläggningen dominerades försöksbeståndet av tall (Pinus sylvestris L.) (Tabell 1). Enligt markägaren gallrades och nydikades skogsområdet där försöket ligger i slutet av 198-talet. Cirka 1 m djupa diken grävdes med ett avstånd på 17 28 m mellan dikena. Tabell 1. Beskrivning av beståndsdata på de båda försökslokalerna. Medeltal och medelfel. Table 1. tand characteristics at the experimental sites. Mean and standard error. Variabel 273 Anderstorp 274 Bredaryd (n = 2) Område yd (n = 9) Område Nord (n = 9) Medelhöjd, m 11,6 ±,3 14,9 ±,2 15,1 ±,2 Träd ha -1 8 ± 4 73 ± 4 77 ± 8 Volym stamved inkl. bark, m 3 ha -1 11 ± 3,7 13 ± 5 134 ± 14 Biomassa inkl. rötter, kg ha -1 871 ± 24 936 ± 42 985 ± 115 Trädslagsblandning a 1 99 1 89 1 1 aangiven som procent av stamvolymen: tall gran björk. Fältskiktet dominerades av olika ris, lingon (Vaccinium vitis-idea L.), blåbär (Vaccinium myrtillus L.), odon (Vaccinium ulliginósum L.), klockljung (Erica tetrálix L.), ljung (Calluna vulgaris L.) samt tuvull (Eriophorum vaginatum L.) och kruståtel (Deschámpsia flexuosa (L.) Trin.). Bottenskiktet utgjordes framförallt av olika 4

VÄRMEFORK torktåliga mossor såsom väggmossa (Pleurozium schreberi Willd.), myrbjörnmossa (Polytricúm strictum Banks ap. m.) kvastmossor (Dicranum spp.) samt vissa vitmossor (phagnum spp.). Torvdjupet var > 1 m på alla provytor. Torven dominerades av vitmossa. Humifieringsgraden varierade mellan H3 och H7 enligt von Post. Det ytligaste skiktet (5 15 cm) var oftast något mindre humifierat (H3 H6), medan skiktet från 15 25 cm vanligen varierade mellan H5 H7. Markens ph, (mätt i en ca 1:1 jord:vattenblandning) var 4,7 ±,14 (medeltal ± standardavvikelse) i markskikten 5 15 och 15 25 cm från ytan. Försöket anlades som ett randomiserat blockförsök med fyra block (upprepningar) och fem behandlingar. Rektangulära provytor etablerades på dikestegarna mellan kanterna på två diken. Det innebar att ingen del av själva diket ingick i provytan. Eftersom storleken på provytorna var konstant (68 m 2 stora bruttoytor) och avståndet mellan två diken varierade (17 28 m), blev längden på ytorna längs dikestegarna olika (24,3 4, m). Inom varje bruttoyta markerades även en nettoyta (4 m 2 ) genom att en zon på 5, 8,2 m i båda ändarna av bruttoytan drogs bort. Det gav nettoytor som varierade i form mellan 17, 23,5 m 2 och 28, 14,3 m 2. Provytorna delades in i block baserat på okulär bedömning av olika fältskiktsarter och deras täckning, ytornas belägenhet inom mossen samt trädens grundyta (1,3 m över marken) och trädantal på ytorna. 2.1.2.1 Tillförsel av aska De fem behandlingarna var förutom en obehandlad kontroll (), en låg (KA) och en hög dos (2KA) med krossaska samt en låg (GA) och en hög dos (2GA) med granulerad aska. Den låga dosen var 3,3 ton per ha och den höga 6,6 ton per ha. All aska tillfördes för hand som en engångsdos under 5 6 september 23. Vid spridningen delades bruttoytan in i mindre delytor för att få en jämn spridning av askan. Innan askan spreds i fält togs två generalprov, vilka i sin tur bestod av två delprov, från varje storsäck med aska som levererades till försöket. Askans kemiska innehåll bestämdes i dessa två generalprov (Tabell 2). De båda testade askprodukterna hade samma ursprung Ljungbyverket i Ljungby (ydkraft Värme yd AB) (se även avsnitt 2.1.3.1). Krossaskan tillverkades genom tillsats av vatten, varefter askan fick självhärda under några månader. Därefter krossades den och siktades. Vid tillverkningen av granulerna tillsattes ca 1 % lera. Trots detta blev denna s.k. granulering inte lyckad. Granulerna föll sönder under transporten till försöket och det bildades stora klumpar, vilket gjorde det svårt att sprida askan jämnt. En möjlig förklaring till den mindre lyckade granuleringen kunde vara askans karaktär, bl.a. en relativt hög andel bottenaska. Tillsatsen av lera förändrade den kemiska sammansättning av produkten (Tabell 2). Glödförlusten (vid 1 ºC) var ca 6 % av den i krossaskan. Jämfört med halterna i krossaskan var totalhalterna av flera ämnen (Na, i, Al, Ti, Be, c, Y och Zr) 1,5 gånger högre, medan vissa andra låg på nivån 6 7 % (Ca, Mg, P, Mn, Cd, Cu, Pb, och Zn). Dessutom var den granulerade askan mer heterogen i sin sammansättning. I krossaskan var en enskild halts avvikelse från medeltalet 2 % för de flesta ämnena, medan den var 2 1 % för den granulerade askan (Tabell 2). 5

VÄRMEFORK Tabell 2. Halter av olika ämnen i de askor som nyttjats i försöken 273 Anderstorp och 274 Bredaryd. Medeltal av två prov. Analyserna a utfördes av Analytica AB i Luleå. Table 2. Elemental concentrations in the ashes tested at the experimental sites 273 Anderstorp and 274 Bredaryd. Mean of two samples. The analyses were performed by Analytica AB in Luleå. Variabel/ 273 Anderstorp 274 Bredaryd Ämne Kross Granulerad Kross Medeltal td avv Medeltal td avv Medeltal td avv Vattenhalt b (%) 37 3.9 28.49 38.4 LOI c (%) 27.5 17 1.3 2.7 [mg (g t.s.) -1 ] Ca 22 1. 14 11 2 1.5 Mg 24.3 16.9 24.3 P 6.3. 4.2.3 13. K 23.1 27.8 58 1. Na 8.2.2 14 1. 12 1.2 Mn 7.8.1 5.2.5 9.2.5 4.1.5 2.7 1.8 14.3 i 11 1.7 194 11 112.3 Al 21.6 38 2.7 25.4 Fe 9.9.2 14.3 16 1.8 Ti 1.1.1 1.9.1 2.. [µg (g t.s.) -1 ] As < 3 < 3 33 9. Ba 146 35 124 35 263 77 Be <.6.94.14 <.6 Cd 6.8.76 3.8.83 14 1.6 Co 7.4.4 7.3.62 < 9 Cr 71.57 1 27 75 12 Cu 82 8.3 56 6.5 12 13 Hg.26.11.11.1.1.1 La 12 4.1 13 2.3 8.5 3.5 Mo < 6 < 6 7.7 2.1 Nb < 6 < 6 < 6 Ni 2.28 16 2.3 36 4.7 Pb 59 9.9 4 2.4 135 8.5 c 1.8.21 2.7.14 2.5.84 n < 2 < 2 < 2 r 57 7.8 385 27 111 28 V 22.42 3 1.8 31 2.6 W < 6 < 6 < 6 Y 8.4.48 16 1.1 9.8.54 Zn 95 33 633 35 238 198 Zr 96 21 228 21 99 4.9 ainnan den kemiska analysen torkades proverna vid 5 C och sedan T-korrigerades elementhalterna till 15 C. As, Cd, Cu, Co, Hg, Ni, Pb, b, e och analyserades efter uppslutning av torkade prover med HNO3:H2O (1:1) i slutna kärl av teflon i mikrovågsugn. Övriga ämnen analyserades efter att.125 g av provet smälts tillsammans med.375 g LiBO2, för att därefter lösa upp återstoden i HNO3. Halterna bestämdes därefter med ICP-AE and ICP-M. bproverna torkades vid 15 C. cglödförlusten (LOI) bestämdes vid 1 C. 6

VÄRMEFORK N-DIKE N1 1 2 3 6 5 4 7 N2 N3 N6 N5 N7 N4 N9 N8 8 9 -DIKE Figur 1. Försöksområdet i försök 274 Bredaryd. Av figuren framgår de permanenta mätpunkterna inom område yd (kontroll) och Nord (askbehandling). Fyllda cirklar visar vart de preliminära provpunkterna planerades på kontoret medan tomma cirklar visar faktisk placering i fält (1 9 och N1 N9). De vita rutorna visar provtagningspunkterna i huvuddikena (-dike och N-dike). Figure 1. The two areas within the experimental site 274 Bredaryd. The circles show the permanent sampling points in the southern untreated area ( Kontroll ) and northern area treated with ash ( Aska ). Filled circles are the preliminary points planned at the office, and open circles the actual points in the field (1 9 och N1 N9). The open boxes show the sampling points in run off from the main ditches (-dike och N-dike). 2.1.3 Försök 274 Bredaryd Försök 274 Bredaryd är beläget ca 2 km V Värnamo (57º11'N, 13º44'O) 155 m ö h. Det består av två närliggande avrinningsområden, område yd och Nord (Figur 1). Område yd är totalt ca 12 hektar varav ca 6 hektar utgörs av en dikad torvmark. Motsvarande arealer i område Nord är ca 3,5 och ca 7 hektar. åledes är andelen torv ca 5 % inom de båda områdena. I båda områdena omges torvmarken av fastmark, troligtvis morän. 7

VÄRMEFORK När försöket anlades på hösten 23 utgjordes skogen på torvmarkerna främst av tall (Tabell 1). Enligt markägaren gallrades och nydikades skogsområdet där försöket ligger i slutet av 198-talet. Cirka,5 1 m djupa diken grävdes med avstånd på i huvudsak mellan 2 m och 3 m mellan dikena. På torvmarken i de två avrinningsområdena lades nio permanenta mätpunkter ut i vardera området (1 9 respektive N1 N9) (Figur 1). På tre av tegarna placerades tre mätpunkter ut på olika avstånd från huvuddiket. En mätpunkt placerades nära huvuddiket, inom ca 5 1 m. Nästa mätpunkt placerades ungefär på mitten av de omgivande tegdikenas totala längd räknat från huvuddiket och den sista mätpunkten placerades strax nedströms där tegdikena började (Figur 1). Mätpunkterna placerades ungefär mitt på varje teg. Vid mätpunkterna mättes beståndsdata (se avsnitt 2.2.1.2), gasflöden (se avsnitt 2.3) och grundvattennivån. Även prover på grundvatten samlades in (se avsnitt 2.4.2). Torven var mer än 1 m djup i de nio mätpunkterna som lades ut i vardera området. Markens ph, (mätt i en jord:vattenblandning, ca 1:1) var 4,7 ±,14 (medel ± standardavvikelse) i markskikten 5 15 och 15 25 cm från ytan. I fältskiktet förekom tuvull (E. vaginatum) och olika ris lingon (V. vitis-idea), blåbär (V. myrtillus), odon (V. ulliginósum) i olika proportioner. Även ljung (C. vulgaris L.) och kråkbär (Émpetrum nigrum L.) förekom. 2.1.3.1 Tillförsel av aska I oktober 24, dvs. efter ca ett års referensmätningar, behandlades den dikade torvmarken i område Nord (ca 3,5 ha) med krossaska. Askan spreds med en gödslingscentrifugalspridare (Hypro AB, Osby, Lönsboda). Den 25 oktober spreds askan på en fjärdedel av området (Ö delen) och på resterande del den 27 oktober. Orsaken till uppdelningen var ett maskinhaveri på den traktor som utförde spridningen. Område yd utgjorde den obehandlade kontrollen. Vid spridningen av askan gjordes en kontroll av medelgivan och jämnheten på spridningen. På 16 provtagningspunkter placerades,25 m 2 stora, runda nylonhåvar på marken. Utifrån en slumpmässig startpunkt lades provpunkterna ut systematiskt med 25 m avstånd längs två transekter inom området som behandlades. Vid varje punkt placerades tre håvar i en triangel med en meters mellanrum. Totalt gav det 48 håvar (16 3 stycken). Efter spridningen tömdes håvarna och den uppsamlade askan från varje enskild håv torkades (15 ºC i 24 timmar) och vägdes. Medelgivan och standardavvikelsen för de 16 provpunkterna var 3,1 ± 2,1 ton t.s. aska per ha (min =,1 och max = 6,9). Min och max för de individuella håvarna var, och 12,7 ton t.s. per ha. Vid spridningen lämnades en 5 m bred obehandlad zon mot huvuddiket i den norra delen av torvmarken. Att ingen aska hamnade inom den zonen bekräftades av en visuell inspektion dagen efter det att spridningen slutfördes. Ingen hänsyn togs till tegdikena vid spridningen. För att få en korrekt giva i de permanent installerade ramarna för gasmätningarna (se avsnitt 2.3), täcktes ramarna med en 2 m 2 m stor plastfolie vid traktorspridningen. 8

VÄRMEFORK Den täckta ytan behandlades för hand med 3.1 ton t.s. per ha, dvs. samma som medelgivan för hela området. Den krossaska som användes var en blandning av biobränsleaskor från två värmeverk Ljungbyverket i Ljungby (ydkraft Värme yd AB) och Västhamnsverket (Öresundskraft AB). Pannan i Ljungbyverket var en rörlig trappstegsroster typ Järnforsen. Biobränslet där bestod av 75 % bark, 2 % skogsflis och 5 % sågspån. Askan bestod av 6 % bottenaska och 4 % flygaska som blandades. Därefter tillsattes vatten i en tvångsblandare och sedan lagrades askan under en säsong vid värmeverket. I Västhamnsverket hade man en pulvereldad kraftverkspanna som eldades med träpulver (träpellets). Till den flygaska som bildades tillsattes vatten. De båda askorna självhärdade under några månader upp till ca ett halvår innan den krossades och sållades (1 mm såll). Innan askan spreds i försöksområdet togs prover från den stora hög med aska som levererades till försöket. Fyra generalprov på cirka 1,5 liter samlades in, där varje prov bestod av 1 delprov. Två prover analyserades kemiskt genom att de fyra proverna slogs ihop parvis (Tabell 2). Variationen mellan de två proven var relativt liten för de flesta ämnen, med en avvikelsen från medeltalet för ett individuellt prov på mellan och 5 %. För några ämnen (As, Cr, Mo, c, La) var avvikelsen större, 1 29 %. 2.2 kogsbestånd och förändring av biomassa 2.2.1 Tillväxt och biomassa 2.2.1.1 Försök 273 Anderstorp Alla träd på nettoytan som hade diametern > 5 cm i brösthöjd (1,3 m över marken) numrerades permanent vid försöksanläggningen innan behandling hösten 23. Dessutom markerades brösthöjden på träden. amtliga träd korsklavades i brösthöjd (mm) och höjdmättes (dm). Det fanns mellan 23 och 53 träd på ytorna, och totalt ingick 64 träd i försöket. I september 25, dvs. två år efter behandlingen, korsklavades träden igen på samma sätt som vid anläggningen. Grundytetillväxten för tvåårsperioden beräknades. Empiriska funktioner för enskilda träd nyttjades för att uppskatta stamvolymer [21], biomassan ovan jord (exkl. stubbar) [18], och biomassan under jord (inkl. stubbar och rötter ner till 2 mm) (pers. medd., Hans Pettersson, LU, Umeå). tamvolymer uppskattades vid försöksanläggningen och biomassan både vid försöksanläggningen och revisionen. 2.2.1.2 Försök 274 Bredaryd I oktober 24, innan behandlingen i område Nord, gjordes en uppmätning av skogsbestånden inom de båda områdena. Vid varje provpunkt (nio per område, se avsnitt 2.1.3) registrerades träddata på cirkelprovytor (r = 1 m; 314 m 2 ). Alla träd på ytorna med diametern > 5 cm numrerades permanent. I genomsnitt fann det 24 träd per yta i område (yd) (min = 16; max = 4), och 23 träd per yta i område Nord (min = 17; max = 29). Diametern (d; mm) registrerades för alla träd genom korsklavning i brösthöjd (1.3 m ovan marken). Höjden (h; dm) mättes på ett stickprov av träden och 9

VÄRMEFORK höjdkurvor togs fram med regressionsanalys (procedur REG; [27]) för att kunna åsätta höjder till samtliga träd på ytorna. Höjdkurvor togs fram för tall i båda områdena och för gran (Picea abies L. Karst) och glasbjörk (Betula pubescens Ehrh.) i område yd. Regressionsmodellen för höjdkurvorna var: h = a + b d + c d 2, där a och b är konstanter. Dessutom nyttjades empiriska funktioner för enskilda träd för att uppskatta stamvolymer [21], biomassan ovan jord (exkl. stubbar) [18], och biomassan under jord (inkl. stubbar och rötter ner till 2 mm) (pers. medd., Hans Pettersson, LU, Umeå). 2.2.2 Barrkemi och barrvikt Prover av årsbarr (C) och fjolårsbarr (C+1) togs i dec. 26, ca 2,5 år efter behandling. Barren samlades in från åtta träd per provyta. Dessa träd stod inom bruttoytan strax utanför gränsen på vardera sida om nettoytan. Kvistar från sydsidan på den övre tredjedelen av kronan sköts ner med hagelgevär. Barren från provträden på en provyta slogs samman till ett generalprov per barrårgång representerande provytan. Generalproven torkades i vakuumtork i 7 o C, maldes och blandades väl före kemisk analys. Kväve och kol (C) bestämdes med elementaranalysator (Elemental Analyzer, PerkinElmer 24 CHN, Norwalk, Connecticut, UA). Övriga ämnen (P, K, Ca, Mg,, Cu, Fe, Zn, B) analyserades med ICP/M-DRC - Elan 61 (PerkinElmer, Norwalk, Connecticut, UA) efter våtuppslutning med salpetersyra och väteperoxid (HNO 3 + H 2 O 2 ) i ett slutet uppslutningssystem. De kemiska analyserna utfördes av Markvetenskapliga laboratoriet, Institutionen för kogsekologi, LU, Umeå. Vikten på årsbarren bestämdes genom vägning av cirka 1 delprov från de insamlade generalproven från provytorn. Varje delprov bestod av 15 slumpmässigt utvalda oskadade barrpar. I den fortsatta analysen nyttjades medeltalet per yta av de 1 delproven. 2.2.3 Databearbetning och analys Effekter av behandlingen på både grundytetillväxten och ackumulationen av total biomassa under två år samt barrvikt (C) och näringhalter i barr (C och C+1) testades statistiskt med tvåvägs variansanalys (procedur GLM; [27]). Följande modell nyttjades: y = μ + α + b + e (1) ij i j ij där: μ = overall mean ; α i = fix effekt av behandling, i = 1,..., 5 alt. 1,..., 3 ; b j = 2 slumpmässig effekt av block, IND (, σ b ), j = 1,..., 4; e ij = slumpmässigt fel, 2 IND (, σ e ). Vid analysen av grundytetillväxt och ackumulationen av biomassa testades dessutom flera kovariater (antal träd per ha, grundyta och total biomassa vid anläggning) i modellen. Vid testen av skillnader mellan medeltalen för de olika blocken och behandlingarna nyttjades Tukey s test för multipla jämförelser. 2.3 Gasflöden Utbytet av koldioxid (CO 2 ), metan (CH 4 ) och lustgas (N 2 O) mellan marken och atmosfären mättes med statiska mörka kammare. Användningen av mörka kammare 1

VÄRMEFORK innebär att mätningarna inte inbegriper fastläggning av koldioxid via fotosyntes utan enbart CO 2 -respiration. För att minimera störningen vid varje enskilt mättillfälle installerades metallramar permanent i marken (n = 4 inom varje provyta i försök 273 Andertorp och n = 9 i vart och ett av de två försöksområdena, yd och Nord, i försök 274 Bredaryd). Ramarnas sidor var ca 45 cm 45 cm och de hade en fals som stack upp några cm över markytan. Den effektiva höjden på kyvetterna var 9 ± 2 cm i försök 273 Anderstorp och 13 ± 7 cm i försök 274 Bredaryd. Vid varje provtagningstillfälle under det första årets mätningar tätades anslutningen mellan kyvett och ram med vattenlås. År två ersattes vattenlåset med en tätningslist av gummi. I försök 273 Anderstorp togs gasprov var 1:e minut med början 5 minuter efter förslutning och provtagningen avslutades efter 35 minuter vilket gav totalt 4 prov. I försök 274 Bredaryd togs totalt 5 gasprov med 8 minuters intervall med början direkt efter förslutning och sista provet efter 32 minuter. Vid varje tillfälle togs prov om 22 ml gas. Proverna transporterades därefter till Botaniska Institutionen, Göteborgs Universitet för analys på gaskromatograf (GC). Provtagning i fält samt analys på GC har skett enligt [1]. Flödeshastigheten av respektive gas mellan marken och atmosfären beräknades från förändringen i gaskoncentration i kyvetten. Förändringen skattades med linjär regression. De skattningar av flödeshastigheten som accepterades hade antingen en riktningskoefficient som var skild från och ett R 2 >,9 eller en riktningskoefficient som var mindre än 2 gånger det totala felet i mätningen för respektive gas. De mätningar som förkastades var med andra ord de värden där riktningskoefficienten var större än 2 gånger det totala mätfelet och hade ett R 2 <,9. Effekter av behandlingarna med krossaska på den årliga (24 och 25) avgången av metan testades statistiskt med tvåvägs variansanalys (jämför avsnitt 2.2.3). 2.4 Vattenkemi Prover på både avrinnande vatten och grundvatten togs i 274 Bredaryd. Alla prover samlades in i 1 ml syradiskade plastflaskor och förvarades i frys tills de skickades med post för kemisk analys till Markvetenskapliga Laboratoriet vid Institutionen för skogsekologi, LU, Umeå. Proverna analyserades med avseende på elektrisk konduktivitet (κ), ph, alkalinitet ner till ph = 4,5, aciditet ner till ph = 4,5, aciditet i intervallet 4,5 < ph < 5,4, aluminium (Al), arsenik (As), bor (B), kalcium (Ca), kadmium (Cd), kobolt (Co), krom (Cr), koppar (Cu), järn (Fe), kalium (K), litium (Li), magnesium (Mg), mangan (Mn), molybden (Mo), natrium (Na), nickel (Ni), total-fosfor (tot-p), bly (Pb), total-svavel (tot-), selenium (e), kisel (i), vanadin (V), zink (Zn), fluorid (F - ), klorid (Cl - ), nitrit-kväve (NO 2 - -N), nitrat-kväve (NO 3 - -N), bromid (Br - ), fosfat-fosfor (PO 4 3- -P), sulfat-svavel (O 4 -), ammonium-kväve (NH 4 + -N), total-kväve (tot-n), total-kol (tot-c), oorganiskt kol (oorg-c) och totalt organiskt kol (TOC). I tabell 3 anges analysmetoderna som användes. De halter som låg under detektionsgränsen antogs vara lika med halva detektionsgränsen. 11

VÄRMEFORK Tabell 3. Kemiska analysmetoder för vatten. Table 3. Chemical analysis methods used for water samples. Ämne Metod/apparatur Detektionsgräns/ mätosäkerhet Ammonium FIA - Tecator 512, Foss Tecator, ollentuna, verige,4,7 mg l -1 Konduktivitet Jenway 41 kopplad till Mettler DL7 titrator. Elektrod-PCM 121 - ph Mettler DL7 titrator. Elektrod-8162C RO - Alkalinitet Mettler DL7 titrator, Greifensee, chweiz. - Aciditet Titrering till ph-värde 4,5 följt av titrering till ph-värde 5,4 (två - aciditetsmått: till ph-värde 4,5 resp. från 4,5 5,4) Totalkväve i vatten Oxidation med kaliumperoxodisulfat,2,45 mg l -1 FIA - Tecator 512, Foss Tecator, ollentuna, verige Totalanalys-katjoner ICP/M-DRC - Elan 61, PerkinElmer, Norwalk, Connecticut, UA mg l -1 :,2 3 µg l -1 :,8 18 Anjoner HPLC - Dionex 4i, unnyvale, Kalifornia, UA NO2 - -N och NO3 - -N:.5 mg l -1, övriga:.1 mg l -1 Organiskt kol TOC-5, himadzu, Kyoto, Japan tot-c: 1,8 12 mg l -1 oorg C:,3,54 mg l -1 TOC: 1,9 12 mg l -1 2.4.1 Avrinnande vatten Prover på det avrinnande vattnet togs i huvuddiket i område yd (-diket) respektive Nord (N-diket) (Figur 1). Provtagningen påbörjades den 3 oktober 23 och har pågått med 1 2 veckors intervall sedan dess. I denna rapport redovisas resultaten fram till och med 1 november 25, d v s ett år före och ett år efter tillförseln av aska. Vid varje provtagning togs ett prov i - respektive N-diket. Från och med i mars 25 togs ytterligare ett prov vid varje provtagningstillfälle ca 4 5 m uppströms den ordinarie provtagningspunkten i -diket. Orsaken till den extra punkten var att i januari 25 fällde orkanen Gudrun merparten av skogen på fastmarken öster om huvuddiket i område yd, bl.a. fyra stora granar som kantade huvuddiket uppströms provtagningspunkten i -diket. Detta skapade fyra stora rotvältor (ca 3 m diameter) i östra kanten på diket (fastmarkssidan) från provtagningspunkten och ca 3 4 m uppströms. Detta riskerade att påverka vattenkemin i den ordinarie provtagningspunkten efter tjällossningen, särskilt transporten av sediment. De fyra rotvältorna längs -diket trycktes tillbaka vid upparbetningen av vindfällena under våren 25 och tre av de fyra vältorna låg då helt mot marken. Provtagaren har inte sett några tecken på att rotvältorna skulle ha orsakat en stor utförsel av sediment i -diket. Förutom eventuella effekter av rotvältorna kan den omfattande vindfällningen medföra ökad utlakning av nitrat m.m. från hygget. Det stora diket som ligger norr om område yd och rinner i O riktning dämdes under en period. Anledningen var att man kört över diket när man forslade ut det avverkade virket, vilket medförde att vägtrumman slutade att fungera. -diket ansluter till detta 12

VÄRMEFORK dike. I ett försök att kontrollera eventuella effekter till följd av Gudrun kompletterades område yd med den ovan beskrivna extra mätpunkten i huvuddiket. I område Nord bedömde vi att de skador som orkanen orsakat inte skulle komma att påverka kemin i huvuddiket. Innan askbehandlingen togs prover under ca ett år för att undersöka hur de två avrinningsområdena förhöll sig till varandra. Förutom att dessa data ligger till grund för att utvärdera effekterna av asktillförseln kan data användas för att bedöma eventuella effekter av orkanen Gudrun. Vattenståndet i - och N-diket mättes vid varje provtagning på en aluminiumprofil som installerades i botten några meter nedströms mätpunkterna. Dessa mätningar ger en grov uppfattning om vattenflödet varit stort eller litet vid ett provtagningstillfälle. 2.4.2 Grundvatten I mitten av september 23 installerades tre piezometrar och ett grundvattenrör i alla 18 mätpunkter i försök 274 Bredaryd. Piezometrar och grundvattenrör tillverkades av vita elrör (VP-rör 2 Uponor, ytterdiameter = 2 mm, innerdiameter = 17 mm) med en röd stopphylsa i botten. Piezometrarna borrades i ett 1 cm långt område med 65 8 hål (diameter = 1,5 2 mm) per piezometer. Grundvattenrören borrades med en 3,5-mm borr var 3 4 cm. Rören tvättades inte före utsättning. Grundvattenrören installerades på 125 cm djup och piezometrarna med intag på ca 9 1 cm, 6 7 cm och 3 4 cm djup. Piezometrarna sattes ut i en liksidig triangel med sidan 3 cm på ca 3 9 dm avstånd från grundvattenröret (Figur 2). Prover på grundvattnet togs med hjälp av piezometrarna. Piezometrarna tömdes dagen före provtagning efter det att grundvattennivån i piezometrarna och grundvattenrören mätts upp. Följande dag sögs det nytillrunna vattnet in i genom en plastslang kopplad till en provflaska med hjälp av en handpump. Varje piezometer provtogs separat men efter analys av elektrisk konduktivitet, ph, alkalinitet och aciditet slogs proverna ihop för resterande analyser. Hopslagningen baserades på avståndet till huvuddiket. Prover från samma avstånd och provtagningsdjup slogs ihop till ett prov (N1+N6+N7, N2+N5+N8, N3+N4+N9, 7+8+9, 4+5+6 och 1+2+3, härefter benämnda N167 o.s.v.). Prov på grundvattnet togs två gånger före asktillförseln (2 dec. 23 och 3 juli 24) och en gång efter (17 dec. 24). I samband med mätningarna av gasutbytet mellan marken och atmosfären (se avsnitt 2.3) mättes grundvattenytan i de grundvattenrör som var installerade vid varje enskild kammare (metallram) i de båda försöken. 2.4.3 Databearbetning och analys 2.4.3.1 Avrinnande vatten Kemiska data bedömdes visuellt utifrån grafer som visade de kemiska variablernas utveckling över tiden för område yd och Nord samt de förväntade värdena för område Nord. De förväntade värdena representerar obehandlade förhållanden och beräknades med hjälp av observationerna i område yd. Beräkningen gjordes enligt linjära samband 13

VÄRMEFORK för perioden innan behandling (Conc Nord = k Conc yd + m) för de variabler där sambanden bedömdes kunna bidra till tolkningen av resultaten. 2.4.3.2 Grundvatten Kemiska data från de sammanslagna grundvattenproverna analyserades genom att beräkna ett medelvärde för varje nivå (3 4 cm, 6 7 cm och 9 1 cm) för område yd och Nord (n = 3, proverna 123, 456 och 789 resp. N349, N257 och N167). Medelvärdena för område yd och Nord testades om de var signifikant olika i en t-test (procedur T-TET; [27]). Detta gjordes för varje variabel och provtagning. I några fall då det var en signifikant skillnad mellan de två områdena redan före asktillförseln så tolkades en avsevärt högre halt efter asktillförseln som att denna ändå berodde på asktillförseln. En t-test gjordes även för att utröna om förhållandet i halt (kvoten) mellan område Nord och yd (medelvärde Nord /medelvärde yd ) ändrades efter asktillförseln (kvoten för den 2 dec. 23 jämfört med kvoten för den 17 dec. 24). PIEZOMETRAR Markyta 2 cm 3 cm 4 cm GRUNDVATTEN- RÖR 15 cm 4 cm 7 cm 1 cm 125 cm Figur 2. Beskrivning av installationen av piezometrar och grundvattenrör i mätpunkterna 1 9 och N1 N9 i försök 274 Bredaryd. Figure 2. A principle drawing of the installation of piezometers and groundwater tubes at the sampling points (1 9 och N1 N9) at the experimental site 274 Bredaryd. 14